Stipendiaten 2011

Anna Weißhaar

Anna Roes

Projekttitel: Implementierung eines iterativen Lösungsverfahren für das elastisch-mechanische Gleichgewicht zur Simulation magnetischer Formgedächtnislegierungen
Hochschule:
 Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft
Studiengang:
 Informatik

Kurzbeschreibung

Implementierung eines iterativen Lösungsverfahren für das elastisch-mechanische Gleichgewicht zur Simulation magnetischer Formgedächtnislegierungen

Magnetische Formgedächtnislegierungen (engl. Magnetic Shape Memory Alloys, MSMAs) sind Materialien, die unter dem Einfluss äußerer Magnetfelder ihre Form ändern. Die Geschwindigkeit der Formänderung und die Größe der erreichbaren Dehnung (6-10%) machen MSMAs für die Entwicklung neuartiger Aktuatoren interessant.

Bei der Formänderung wirken magnetische und elastische Energien zusammen. Dieses komplexe Zusammenspiel wird am Institute of Materials and Processes mit Hilfe des dort kontinuierlich weiterentwickelten Softwarepakets PACE3D simuliert. Simulationsgrundlage ist ein Phasenfeldmodell, in dem das Verschiebungsfeld sowie die Magnetisierung für die Simulation von MSMAs zusätzlich berechnet werden.

Momentan unterliegen die Simulationen zwei Einschränkungen: Zum Einen sind die magnetischen Domänen, deren Verhalten simuliert wird, nanoskalar, so dass bei der Simulation nur sehr kleine Gebiete beschrieben werden, zum Anderen wird die dynamische Wellengleichung für die Elastizität schrittweise berechnet, was eine kleine Zeitschrittweite erforderlich macht.
Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Implementierung eines iterativen Lösungsverfahrens, das ausnutzt, dass die beteiligten elastischen Prozesse sehr schnell ablaufen und man daher in jedem Simulationsschritt ein elastisch-mechnisches Gleichgewicht annehmen darf. Dadurch werden größere Zeitschrittweiten bei der Berechnung und eine kürzere Simulationsdauer ermöglicht. Parallel dazu wird zusammen mit den Mitgliedern der Arbeitsgruppe Phase Transformations and Micromagnetism an der Beschreibung sogenannter repräsentativer Volumenelemente (RVE) gearbeitet. Ziel ist es, mittels eines geeigneten Homogenisierungsansatzes auch das (mittlere) Verhalten größerer Bauteile in die Mikrostrukturevolution mit einfließen zu lassen, um so das Materialverhalten ganzer Bauteile vorherzusagen.

die Ausbildung einer lamellaren martensitischen Mikrostruktur in einem Gebiet mit ca. 1µmx1µm Abmessung unter expansiver Spannung (konstante Verschiebung am Rand von 0,01) und zwar nach 5,2ns (Bild 1) bzw. 20ns (Bild 2).
Ausbildung einer lamellaren martensitischen Mikrostruktur in einem Gebiet mit ca. 1µmx1µm Abmessung unter expansiver Spannung (konstante Verschiebung am Rand von 0,01) und zwar nach 5,2ns (Bild 1) bzw. 20ns (Bild 2).